基于DEFORM的大型封头整体锻造工艺数值模拟

大型整体封头越来越受到重视,需要开发可行的制造工艺。通过采用数值模拟的手段,设计了采用上模和下模的整体封头锻造工艺,对两种上模旋转下压的方式进行了对比,通过DEFORM-3D塑性成形软件对锻造过程进行了模拟计算,分析了终锻后锻件的等效应变分布。结果表明,通过采用上模旋转下压的方式,可以得到所需的封头,锻件尺寸符合要求。     

奥氏体不锈钢冷冲压标准椭圆形封头塑性变形预测方法研究

通过公式推导,明确国内外所规定的两类塑性变形预测方法的物理意义。对比标准椭圆形封头冷冲压成形试验结果,建立能够真实反映封头冷冲压成形过程的数值计算方法。基于该数值计算方法,研究封头塑性变形与公称直径Dn、名义厚度δn的关联性,建立基于这两个参数的封头塑性变形预测方法,并对比所建立的预测方法与现有方法得到的封头塑性变形结果的差异。得到如下结论:现有的两种预测方法得到的结果分别反映了封头经向的平均塑性变形和板料边缘环向压缩塑性变形平均值,两者都不能反映封头真实的塑性变形大小;建立的塑性变形预测方法更加准确、可靠,可用于预测封头的塑性变形。     

大型锻件内部缺陷分析及消除内裂纹的措施

论述了消除锻件内部裂纹的措施,一是采取热修复既自修复机制,二是在大型锻件锻造生产过程中,采用宽砧走扁方压实先进工艺和收孔工艺方法.通过实验和大量生产实践证明,上述方法是提高大型轴类锻件、饼类锻件、厚壁筒类锻件内部质量的重要途径.     

大锻件控性锻造过程的计算机模拟技术

提出能够模拟大锻件空洞型缺陷演化和微观组织演变等控性指标的数值模拟方法。基于典型体元模型建立空洞体积变化与宏观应力应变场关系的数学模型,以图从多尺度角度揭示宏观的塑性变形及其应力状态对随机分布的微小空洞的体积变化影响规律。将该模型与有限元法集成,当锻件内任意一点有空洞型缺陷(给定缺陷体积百分比)时,能够模拟得到成形过程中空洞型缺陷的体积变化,从而可被用来评估含缩孔缩松缺陷材料的压实状态。采用元胞自动机方法建立一种转子钢的微观组织演变模拟方法,根据"应变—位错密度—动态再结晶—流动应力"之间的宏微观相互影响规律,模拟出动态再结晶晶粒尺寸和完成分数。将这些模型与热力耦合有限元法相结合,构造大锻件控性锻造过程的数值模拟技术。根据大锻件增量成形的变形特点开发基于刚性区自由度凝聚技术的快速有限元法,从而为大锻件成形的工艺优化提供有效的计算工具。     

核电稳压器下封头锻件制造工艺及质量控制

通过对核电用稳压器下封头锻件的关键工艺方案及质量控制来提高封头类锻件的质量,通过弯曲成型的方式锻造出尺寸和形状比较接近下封头产品外形的锻件,实现近形锻造。通过对加热温度、保温时间、冷却速率等关键工艺参数的控制,提高锻件性能的稳定性及均匀性,总结出了一套较为成熟的制造工艺及质量控制方法。     

核电反应堆主管道接管芯轴拔长的模拟研究

大型空心锻件的锻造过程主要分为镦拔、冲孔和芯轴拔长三个工序,其中芯轴拔长为主要的成形工序。以DEFORM-3D为分析软件建立芯轴拔长的数值模型,对空心锻件的芯轴拔长过程进行数值模拟分析,并分别从金属塑性变形的流动规律、内孔畸变率以及锻件内部的应力场、应变场等方面研究不同锻造工艺参数对内在影响规律。获得合理工艺参数组合,以指导实际的生产过程。     

基于变形均匀性的锻造预成形优化系统集成

预成形优化设计在锻造工艺设计中得到了广泛的应用,锻件的变形均匀性是衡量锻件质量的一个重要指标,提高锻件的变形均匀性以提高锻件的综合质量。本文以提高锻件变形均匀性为优化设计目标,采用基于灵敏度分析的正向模拟优化法对锻造过程的预成形模具形状优化系统集成进行了研究,给出了目标函数、设计变量及其灵敏度的表达形式,解决了优化模拟过程中的网格再划分问题,给出了优化系统的流程图并编制了相应的程序,最后,给出了一个优化设计的数值算例,取得了较好的优化效果。     

Study on Modeling Technique and Internal Quality Control for Heavy Forgings

模拟技术是研究大型锻件控制锻造理论的有效方法,在缩短试验周期等方面具有无可比拟的优越性,为此研制了以高温云纹法为代表的物理和数值模拟技术。针对大型锻件中存在的质量问题,研究了内部缺陷的形成过程及影响因素,发现了变形体中存在剪切带、夹杂性裂纹聚合、损伤与修复等新现象,并对其规律进行了深入研究。制定了大型锻件锻造工艺规范,对提高产品质量起到了重要的作用。     

套筒类胎模的改进设计

为了提高锻件的锻造精度,以齿轮等饼类锻件在空气锤上采用套筒模胎模锻造成形为例,介绍了套筒类胎模的结构,分析了因套筒胎模结构、导向的不合理和毛坯几何误差等因素对锻件成形质量的影响。根据六点定位原则,提出了套筒胎模结构改进设计方法,试用效果良好,并已在生产实践中应用。     

核电整体封头锻造成形工艺研究

核电整体封头结构特殊,下部有一裙座,上部直壁段较长,制造工艺难度大。针对核电整体封头的结构特点,决定采用拉深成形方法。运用DEFORM-2D软件对核电整体封头的成形过程进行分析,对板坯进行优化设计,通过分析成形温度、过渡圆角等工艺参数对锻件成形的影响,以及封头在成形过程中的减薄现象,最终制定出合理的成形方案。     

大型锻件内部缺陷演变行为的跨尺度模拟方法

针对大型锻件内部缺陷,提出了一种跨尺度模拟计算方法,即体胞模型法。以孔洞缺陷为例,论述了该方法的原理及应用思路。利用该方法对某锻件的孔洞缺陷演变行为进行了模拟计算,分析了孔洞缺陷的演变规律及其周围应变分布情况,并进行了人工预制孔洞的铅块变形实验。研究结果表明,孔洞随锻件变形程度增加而逐渐趋向闭合,其闭合程度与锻件应变分布情况有关;物理实验与数值模拟结果吻合度较高,体胞模型法的模拟计算较为准确;体胞模型法能够较好地解决大型锻件成形过程中内部缺陷的跨尺度数值模拟问题。     

Prediction of deformation behavior and microstructure evolution in heavy forging by FEM

A numerical simulation of multi-stage heavy forging process using the finite element method (FEM) is presented in this study. The process of heavy forging is highly non-linear, where both microstructure and boundary conditions are altered by plastic deformation during forming. Therefore, it is necessary to understand the problem of plastic deformation in heavy forging. In order to investigate deformation behavior and microstructure evolution in heavy forging, a constitutive equation considering the effects of strain hardening and dynamic softening of the IN718 alloy is built. The constitutive equation and microstructure models are implemented into the finite element code to simulate deformation behavior and microstructure evolution in the rotary forging of heavy container head. As a result, variations of flow stress, effective strain, temperature, damage, and grain size in every stage are predicted.     

大型饼类锻件预镦粗工序的数值模拟研究

为了解决镦粗变形缺陷,将饼类锻件的预镦粗工序分为锥台砧镦粗和平砧端面整平两个阶段,利用DEFORM-3D计算平台建立锻造过程的有限元模型并进行仿真分析;分别从锻件内部的应力场和应变场等方面研究了锥台砧锥角和压下率对镦粗过程的影响,平砧旋转锻造方式和下砧砧形对端面整平过程的影响,以获得合理的预镦粗锻造工艺参数,指导实际生产过程.     

基于变形均匀性的锻造过程微观组织优化方法及其应用

在中国国家自然科学基金项目《锻造成形微观组织优化方法研究及应用》资助下，为提供一种控制锻造成形制品微观晶粒尺寸的理论方法和途径，开展基于变形均匀性的锻造过程微观组织优化研究。 锻造生产除保证产品的基本形状要求外，更重要的是通过材料的塑性变形提高产品的综合机械性能。因此，金属塑性成形过程微观组织模拟与优化研究具有应用价值。 在描述金属在高温塑性变形中组织变化机制基础上，提出材料在热锻成形过程中动态再结晶、静态再结晶，以及晶粒长大等微观组织演变机理。金属塑性变形是以位错运动实现的。随着变形的进行，位错密度不断增加，高位错密度聚集的能量使材料处于不稳定状态。对于低层错能金属(碳钢)的热塑性变形，因其动态恢复缓慢而不能充分消除高密度层错能，动态恢复之后紧接着会出现动态再结晶现象。未能经过动态恢复和动态再结晶充分软化的金属停止变形后，其组织将发生静态再结晶。再结晶过程完成后的新组织是亚稳定的，为获得更稳定的组织，需要释放晶粒内部的潜能。因此，再结晶完成后，要发生进一步的晶粒长大来减少单位体积内的晶界面积。     

电力驱动回转台的设计

回转台是大型锻造过程中的重要辅具,主要用于饼形锻件镦粗和圈类锻件的平头.本文通过对各种结构的回转台进行分析,设计出一个适合本单位使用的回转台     

金属塑性成形过程无网格伽辽金法数值模拟技术研究

将无网格伽辽金法与刚(粘)塑性流动理论相结合,对无网格伽辽金法在金属塑性成形过程数值模拟中的应用技术进行了研究,分别采用混合变换法和罚函数法实现速度边界条件和体积不变条件,提出了基于刚(粘)塑性力学流动理论的无网格伽辽金法,给出了金属塑性成形无网格伽辽金法数值模拟的关键算法,拓展了无网格方法在金属成形领域的应用范围。典型算例的数值计算结果表明了方法的可行性。     

基于质量控制函数的锻造工艺适用性的评估方法

介绍应用模糊数学方法建立的表征锻件晶粒度的隶属函数，根据近代质量控制理论提出了质量控制函数及其计算方法，将表征晶粒度的隶属函数和质量控制函数引入有限元变形－传热耦合分析方法，首次提出了锻造工艺适用性的定量评估方法。所应用所提出的方法对各种锻造工艺的评估结果与生产实践表明，所提出的方法能揭示锻造工艺参数对锻件质量的影响，对合理制定难变形材料锻造工艺和控制锻件质量具有指导作用。     

汽轮机低压转子锻件锻造的关键技术

介绍了一种新FM法。由于低压转子锻件的尺寸大,容量相同的汽车轮机低压转子锻悠扬要比高中压转子锻件的制造难度大。大型汽轮低压转子锻件常规生产工艺,在镦粗体（h/d＞1）中心区域存在两向拉应力,在WHF法的拔长体中存在一向或两向拉应力。如果不区分锻造作用的阶段性,前道工序的作用很可能被后续工序消除或减弱,所以应用最新发展的新工艺方法、优化组合进行锻造,才有可能使得各阶段的变形机制得到最佳配合。